设计模式之原型模式

简单来说，原型模式（Prototype Pattern） 的核心思想就是："与其从零创建一个新对象，不如直接克隆一个现有的对象。"

想象一下，如果你需要给 10 个不同的部门提供你的身份证副本，有两种方法：

非原型模式（手动重绘）： 你拿出一张白纸，对着身份证，一笔一划地把头像、文字、国徽全部画出来。每办一个业务，你就得重新画一遍。
原型模式（复印机）： 你把身份证（原型）放在复印机上，按下"复印"键（clone）。复印机直接扫描物理特征并产生副本。

1. 不使用原型模式：手动重绘

在这种模式下，客户端（打印店员工）必须知道身份证的所有细节（姓名、号码等），并且每需要一个副本，都要重新调用构造函数并手动设置属性。

复制代码

#include <iostream>
#include <string>

class IDCard {
public:
    std::string name;
    std::string idNumber;
    std::string purpose;

    // 构造函数：模拟"办证"过程，非常麻烦
    IDCard(std::string n, std::string id) : name(n), idNumber(id) {
        std::cout << "[系统] 正在进行繁琐的身份核验、制卡..." << std::endl;
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    // 假设我们已经有一个原件了
    IDCard myID("张三", "110101...");

    // 需求：现在需要两个副本，分别给银行和健身房
    // 缺点：你必须手动重复输入所有信息，万一 idNumber 输错一位就麻烦了
    IDCard copy1(myID.name, myID.idNumber); 
    copy1.purpose = "银行开户";

    IDCard copy2(myID.name, myID.idNumber);
    copy2.purpose = "健身房会员";

    return 0;
}

2. 使用原型模式：复印机一键克隆

在这种模式下，身份证类自带一个 clone() 方法。客户端不需要关心身份证里到底有什么，只需要说"给我复印一份"即可。

复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>

// 抽象原型
class Prototype {
public:
    virtual ~Prototype() {}
    virtual std::unique_ptr<Prototype> clone() const = 0;
    virtual void setPurpose(std::string p) = 0;
    virtual void display() const = 0;
};

// 具体原型：身份证
class IDCard : public Prototype {
private:
    std::string name;
    std::string idNumber;
    std::string purpose;

public:
    IDCard(std::string n, std::string id) : name(n), idNumber(id), purpose("原件") {
        std::cout << "[系统] 正在进行繁琐的身份核验、制卡..." << std::endl;
    }

    // 关键：克隆方法（利用拷贝构造函数）
    std::unique_ptr<Prototype> clone() const override {
        return std::make_unique<IDCard>(*this); 
    }

    void setPurpose(std::string p) override { purpose = p; }
    
    void display() const override {
        std::cout << "姓名：" << name << " | 用途：" << purpose << std::endl;
    }
};

// 客户端代码
int main() {
    // 1. 只有一份原件
    std::unique_ptr<Prototype> myID = std::make_unique<IDCard>("张三", "110101...");

    // 2. 需求：需要副本
    // 优点：无需再次输入姓名和号码，直接克隆，既快又准
    auto copy1 = myID->clone();
    copy1->setPurpose("银行开户");

    auto copy2 = myID->clone();
    copy2->setPurpose("健身房会员");

    copy1->display();
    copy2->display();

    return 0;
}

3. 直观对比总结

特性	不使用原型模式	使用原型模式
创建方式	必须 `new` 一个具体类。	调用已存在对象的 `clone()`。
依赖程度	高。必须知道对象的构造函数参数。	低。只需要知道 `clone()` 接口。
复杂性	每次创建都要手动重新赋值（容易出错）。	状态自动复制，只需修改差异部分。
性能开销	大。每次都要跑一遍复杂的构造逻辑。	小。通常是高效的内存拷贝。
适用场景	对象很简单，属性很少。	对象初始化极慢，或者属性极其复杂。